新工科背景下工科高校普通化学课程创新能力提升初探

＊杜春保 张楠

（1.西安石油大学 化学化工学院 陕西 710065 2.西安科技大学 化学与化工学院 陕西 710054）

1.新工科背景下普通化学课程改革需求

自教育部高等教育司发布关于开展新工科研究与实践的通知以来，我国积极践行新工科建设的理论和实际研究。高等院校以立德树人为根本，以培养具备多元化能力和创新精神的卓越工程人才为目标，开展课程体系、人才培养模式、教育教学质量提升和分类发展体系等系列改革[1]。普通化学课程是高等学校理工类非化学化工相关专业的基础课程，是一门关于物质及其变化规律的基础课。该课程旨在让学生系统理解化学基本原理，使学生较熟练地掌握化学平衡和物质结构理论，掌握水溶液化学和电化学的特征，培养学生初步具有控制化学反应的能力，为应用化学知识解决相关领域内的实际问题夯实基础[2]。普通化学在不同学科中所起作用不同，课时不同，尤其是在工科类高校的学科体系中，课时严重不足。这就需要在教学过程中，充分利用普通化学课程的自身特点，在突出工科特色的基础上，将化学中涉及的基础理论和方法与工业应用相结合，探索应用型人才育人新模式。最终在学生完成该门课程时实现以下3个目标：（1）掌握化学反应的基本理论，能够运用辩证唯物主义观点阐明化学规律；（2）能运用化学中的基本原理，借助相关文献，分析解决相关专业领域中所涉及的化学问题；（3）能够站在物质的微观角度思考物质的可持续性，结合工程专业，评价现代科学技术的新成就。经过自身教学探索，根据教学过程中学生的反馈和同行们的交流经验，总结了一些提高学生创新思维能力的方法，对于实现上述3个目标有着较大的推动作用，在实际教学过程中取得了较好的效果。

2.普通化学课程实践教学内容质量提升策略

(1)优化理论课内容

普通化学作为工科类高校的材料、机械、农业、电子工程、油气田等非化学专业的基础课程，其理论课时相对较少。在我国新工科背景下，为了推动普通化学的实践教学，理论课内容进一步缩减，增加了化学反应摩尔焓变的测定、醋酸解离常数的测定、氧化还原与电化学和碳酸氢钠的制备等课内实验内容。为了应对上述课时缩减所带来的不利影响，在保持社会需求的多方位人才理念下，把普通化学和实际应用紧密结合，重点详细讲解应用面广的热化学、化学反应的基本原理、水溶液化学和电化学与金属腐蚀中的基础理论内容，把上述章节中实际应用部分略讲，作为学生课后拓展的知识面，激发学生将化学基础知识与本专业应用相结合的自主思维能力。对于物质结构基础和无机化合物部分，则可以采用翻转课堂对重点内容进行讲授。现在各大院校多数选用浙江大学普通化学教研组编写的普通化学第七版，此版教材为“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材，得到了同行的广泛好评。图1详细列出了这个版本的普通化学教材所设计的章节内容、根据所涉及内容进一步关联的实际应用和课内实验，以及据此划分的普通化学课上内容的授课优先等级。通过对普通化学理论课堂内容的筛分和分类讲授，使理论课上教学内容与课内实验内容遥相呼应，在有限的课时内让学生将理论与实践相结合，从而学到更多内容。

图1 普通化学课程内容和讲授优先级别

(2)普通化学课堂中学生的创新能力提高方法和策略

学生的创新能力包括三类，为总结能力、实践能力和创新能力[3]。普通化学虽然是工科类高校的一门公共课，但是其所涉及的知识点贯穿各个工科专业的方方面面，因此这门课程对上述能力的提升均提出了相关方法和策略。

图2 提高学生创新能力的主要方法和策略

①创造性的教学方法有利于提高学生的总结能力学生对基础知识的总结概括能力及其对重点知识的把控是提高创新能力的前提。学生只有自觉梳理已有知识并进行提炼，才能在后期培养发散思维，进而进行设计和创造[4]。为了进一步提高学生对普通化学课程的总结能力，任课教师需要在课堂上增加耳目一新的知识框架，即思维导图，并根据知识框架引导学生提炼重点内容。在讲完每一章的知识点后，要鼓励学生在课后重新梳理知识脉络。为了提高学生的积极性，可以在每次上课之前让同学上台总结其所标注的重难点，进行师生角色互换，这有助于站在学生的角度了解学生关注的学习重点。通过这种教学方法的实施，有利于增强学生的总结能力、大局意识、把握重点的能力，为后面新章节知识点的学习提供基础。总结能力的提升在于反复的训练，让学生自己动手，学生才能够领悟总结知识点的益处，这也会极大地触动学生的主动思维，从而较快总结、提炼和概括能力[1]。

②教学实验的多元化有利于提高学生的实践能力

普通化学是工科类高校的一门公共课，其授课对象是材料、机械、农业、电子工程、油气田等非化学专业的学生。这些不同类型专业的共同点是它们均属于工科专业，对于培养学生未来就业的方向虽然不同，但是应用领域均以我国能源的发展为目标。当前对于普通化学实验的设置是不区分专业的，即所有专业的学生所开设的实验课程相同。在新科技、新产业和新经济改革背景下，工科类高校的工程教育改革的重大战略目标是为未来培养多元化和富有创新精神的工程人才。根据不同工科专业特色进行教学实验的多元化，即将专业特色融入教学实验中，有利于激发学生对实践的乐趣，也有助于让学生初步意识到教学实验与本专业的融合性。普通化学可设置的实验课程丰富，而典型的化学实验约有12个。在实验课时不足的情况下，可以为不同专业的学生开设典型的化学实验，然后为每个专业再开设1～2个与学生的专业相关的特色化学实验。为了学生取得良好的实验效果，可以由任课教师提前将每个实验部分的关键操作步骤录制为视频，让学生通过视频预习，能够在脑海中形成实验的画面感，这有助于加强学生对实验过程的思考，也有利于学生在实验过程中培养实践能力。

③将前沿研究融入课堂教学有利于提高学生的创新能力

在课堂教学的过程中融入能源相关的前沿课题的研究，然后要求学生根据前沿课题的发展提出自己的疑问是学生创新能力提高的直接体现。普通化学课程不同于其它专业基础课，该课程的课题内容比较基础，所涉及的化学基础知识是以学生的高中化学知识为基础的。在讲授完每章的基础理论部分后，可以根据典型的知识点进行讨论，融入该知识点在前沿研究中的应用。比如在热化学部分关于热量计算，可融入前沿的热力学知识，包括先进热管理材料的研发及应用、三维拓扑结构的气凝胶在降低热量损失中的研究进行[5-6]。这种方式可以让学生迅速地理解学习热化学基础理论知识的意义和用途，并激发学生设计新材料或者根据目前研究进展拓展下一步的研究方向。此外，根据学生对前沿热点知识的理解，以课堂自由讨论的形式让学生理论联系实际，把具体实验设计方案与和课堂理论联系起来，提高学生的创新能力。尽管普通化学课程中的第1章至第5章均为基本概念，但是仍然可以通过实际例子把基础理论与科研或工业生产相结合，以此让学生突破传统学习思维，重在创新思维能力的培养。

(3)丰富评价体系，促进学生学习效果的提升

学生的普通化学期末成绩是衡量学生本门课程整体学习效果的最重要的一道防线。普通化学期末成绩由课内成绩和课外成绩两部分组成。其中，课内成绩包括课内平时成绩和课内期末考试成绩组成，占比80%；课外成绩指的是实验总成绩，包括实验操作成绩和实验报告成绩，占比20%。为了使80%的课内成绩能够充分体现学生的日常学习状况，实现对学生整体学习素质的考评多样化，符合新时代工科类高校对学生能力评价的要求，课内成绩中的课内平时成绩则包括课前签到、课堂师生互动、章节知识发散、学生之间互动、课后作业成绩等。课堂教学需要充满生机。通过引入课堂师生互动、章节知识发散和学生之间互动等评价方式可以激发出学生自主学习的能动性，并进一步培养创新能力。此外，普通化学期末考试的内容除了体现基础理论知识的核心内容之外，还需要和实际生活联系在一起，在考题中引入实际应用背景，让考题更加生活化。比如，在热化学章节考试方面，考题中以工科类院校的特色为出发点考试，考察在当前全球经济的快速发展对石油、煤炭资源的极度依赖背景下，让学生掌握石油和煤炭中烃类化合物的燃烧概念，进一步巩固热化学基础知识理论。让学生熟悉课程内容并掌握最基本的理论和原理是为了进一步解决生活中的实际问题而服务，学习普通化学这门课程是为以后打好基础，将理论与实际相结合。此外，把学生对教师的教学评价作为指挥棒，进一步推动教师在教学中的教学方法的优化和教学效果的提升。把普通化学中的化学理论和实践结合起来，可以极大地提升学生的创新能力。

3.普通化学课程教学质量的强化措施

教师是课程内容的实施主体。提高普通化学课程教学质量则需要与本课程相关的所有老师均具有高度的责任感，包括课内任课教师、课外实验教师和教研室主任。对于课内任课教师而言，充分发挥学习能动性强的学生的引领和指导的作用，提升课堂学习气氛，加强师生互动，尤其是惰性强的学生与教师之间的互动。对于课外实验教师，在进行实验分组时，将学习能动性强的学生与惰性强的学生分为一组，利用小组合作模式实现以好带差，共同进步。教研室主任需要以身作则，在课内和课外教学的整个过程中进行全程督导，将各个任课教师的优缺点进行总结，定期进行教学研讨活动，实现任课教师之间的教学优势互补。所有任课教师均需要有足够的耐心，定期督促学生学习，并主动与学生交流。教师需要深化“慎独”意识，提高自觉性，以教师品德进行自我约束，加强对学生学习的定期指导[7-8]。此外，学校、学院和教研室的政策也是提升普通化学课程教学质量的有利保障。西安石油大学对标“双一流”大学本科教育的精神，制定了提高新工科教学质量的政策和激励措施，积极组织年轻教师开展教学竞赛，结合学生的评教结果，对先进教师进行表彰。上述措施都将是强化普通化学课程教学质量的动力，使得教师在普通化学教学中踏实从教。最后，任课教师还需要在适当的知识点以恰当的方式融入课程思政理念，引导学生树立正确的价值观。